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Análise de Alumínio por Titulometria Indireta

22/11/2016

INTRODUÇÃO

Embora seja o terceiro elemento mais abundante na crosta terrestre não é fácil extraí-lo, pois só ocorre na forma de compostos (substância formada por dois ou mais elementos químicos). Está presente principalmente na forma de silicatos (feldspatos, micas, caulim, argila, etc.), bauxita (Al2O3.nH2O), corindon (Al2O3), rubi (Al2O3 com inclusão de Cr2O3), safira (Al2O3 com inclusão de TiO2 e Fe2O3) e topázio (Al2O3com inclusão de MnO2).

Foi obtido livre pela primeira vez por Oersted, em 1825, em uma forma impura. Em 1827, Wöhler obteve o alumínio em uma forma mais pura e posteriormente Bunsen e Deville obtiveram-no praticamente puro. A criolita foi o primeiro minério empregado para a sua obtenção industrial. Atualmente, ele é extraído da bauxita que contem o metal em maiores proporções. O processo para se obter alumínio primário é um dos que mais consome energia elétrica, já para se produzir o alumínio o secundário , o consumo de energia é muito baixo comparado com o para produzir o alumínio primário. Por exemplo, para reciclar uma tonelada de alumínio gasta-se somente 5% da energia que seria necessária para produzir essa mesma quantidade de alumínio primário, ou seja, a reciclagem do alumínio proporciona uma economia de 95% da energia, quantidade suficiente para manter iluminadas 48 residências por um mês. O preço pago por tonelada de latinhas vale 35 vezes mais do que o quilo de latas de aço ou do vidro, 10 vezes mais que um quilo de papel e 6 vezes mais do que o quilo da garrafa pet. Esse processo tem uma grande importância social por beneficiar as famílias que exercem a atividade de coleta com a geração de renda permanente. Cooperativas de catadores, aposentados, desempregados e subempregados encontram nessa atividade uma fonte de renda ou a sua complementação. Atualmente, segundo a ABAL (Associação Brasileira de Alumínio), estima-se que mais de 130 mil pessoas vivam exclusivamente da coleta de latas para a reciclagem. Para se ter uma ideia, a reciclagem de uma única latinha de alumínio economiza energia suficiente para manter um aparelho de TV ligado durante três horas.

Para se determinar alumínio total em amostras de silicatos e quando não se tem interesse em determinar sílica simultaneamente, a amostra é pré-tratada inicialmente com ácido fluorídrico. A completa dissolução é realizada normalmente com uma mistura de ácido sulfúrico e nítrico. Quando se tem interesse em se determinar simultaneamente sílica e alumínio, a amostra é normalmente dissolvida com uma mistura de ácido sulfúrico e nítrico e o resíduo insolúvel que é praticamente sílica, é separado por filtração. Em seguida, a sílica é fluorizada e determinada por diferença de massas. O resíduo restante dessa etapa é fundido, dissolvido e combinado com a solução anterior para determinação dos metais, incluindo o Al.

Vários métodos têm sido publicados para a determinação alumínio em solução: espectrometria de absorção atômica com chama (EAA), espectrometria de emissão com plasma indutivamente acoplado (ICP-AES), espectrometria de fluorescência de raios-X (RFX), potenciometria, gravimetria e espectrometria no UV-Visível (UV/Vis).

A determinação de Al por EAA é realizada utilizando chama de óxido nitroso e acetileno (N2O/C2H2). Esta técnica consegue determinar alumínio em concentrações que variam de ppm a %. Para se determinar altas concentrações é utilizado o procedimento de diluições sucessivas. Em ambas as faixas de concentração os resultados são satisfatórios

A técnica de ICP consegue também determinar baixos níveis de Al com a vantagem de ter uma faixa de linearidade bem mais ampla, podendo assim, determinar concentrações mais elevadas sem usar o recurso de diluição da amostra.

A técnica de FRX pode analisar Al em baixas e altas concentrações com boa reprodutibilidade, principalmente quando a matriz é conhecida, já que, o equipamento é calibrado com padrões que apresentam características semelhantes ao da amostra. Além disso, possui a vantagem de não necessitar de dissolução da amostra. As técnicas de potenciometria e gravimetria são normalmente aplicadas às amostras contendo Al em concentrações na faixa de % e UV/Vis para baixas concentrações.

ANÁLISE

OBJETIVO

Implementar e otimizar uma metodologia simples, precisa e exata para determinação de alumínio em argilas.

MATERIAIS E MÉTODOS

REAGENTES, SOLUÇÕES E AMOSTRAS

 

Todos os reagentes utilizados foram de grau analítico (P.A.).

Toda a água utilizada foi previamente destilada e deionizada.

Foram utilizadas as seguintes soluções:

a) mistura ácida: 4 partes de água, 5 partes de ácido nítrico (HNO3) e 5 partes de ácido sulfúrico (H2SO4)

b) ácido sulfúrico (H2SO4) 1M

c) ácido fluorídrico (HF)

d) ácido clorídrico (HCl) 0,05 M, 0,5M e 1M

e) hidróxido de sódio (NaOH) 1M

f) gluconato de sódio (C6H11NaO7) 1M

g) fluoreto de sódio (NaF) 5M

h) pirosulfato ou bissulfato de potássio ou sódio (K,Na)2S2O7 / (K,Na) HSO4.

i) solução-padão de 1000 mg L-1 de Al, preparada a partir do concentrado de uma ampola Titrisol, Merck.

PROCEDIMENTO

 

Dissolução ácida da amostra

  • Pesar 0,5g de amostra, com precessão de 0,1mg.
  • Transferir para Becker de 400mL.
  • Adicionar 50ml de mistura acida.
  • Cobrir com vidro de relógio.
  • Levar a chapa aquecedora, ao iniciar o desprendimento intenso de fumos brancos (SO3), manter no mínimo por mais 60 minutos.
  • Deixar esfriar e adicionar 100mL de HCl 1M, lavando-se o vidro de relógio com essa solução.
  • Aquecer novamente para solubilizar totalmente os sais solúveis.
  • Filtrar em papel de filtro de média porosidade (faixa preta).
  • Recolher o filtrado em balão volumétrico de 500mL.
  • Lavar bem o Becker e o papel de filtro com HCl 0,5M e, em seguida, com água quente.

 

O filtrado contém Al solúvel enquanto que no papel de filtro ficaram retidas substâncias insolúveis, tais como sílica e Al residual.

Dissolução de alumínio residual

  • Transferir o papel de filtro para um cadinho de platina.
  • Carbonizar o papel inicialmente em temperatura branda e queimar em forno mufla à 950ºC por 60 minutos.
  • Retirar da mufla e deixar esfriar.
  • Adicionar 2 gotas de H2SO4concentrado, 10 ml de HF e aquecer a mistura até eliminar todo HF.
  • Adicionar mais 5mL de HF e aquecer até secura total.
  • O cadinho foi calcinado à 900ºC por 10 minutos.
  • Deixar esfriar e fundir o resíduo com 2,00g de K2S2O7 ou KHSO4.
  • Em seguida, solubilizar com 25mL de H2SO41M.
  • Essa solução foi misturada àquela obtida inicialmente, e transferida para balão volumétrico de 500mL.
  • Aferir o volume com água destilada.

Titulação indireta do alumínio

  • Transferir uma alíquota adequada (50 ml) para um Becker 400ml.
  • Adicionar 50mL de água destilada.
  • Adicionar 10mL de gluconato de sódio C6H11NaO7 1M para complexar os hidróxido formados durante a neutralização da solução que vai ser determinado o alumínio.
  • Adicionar 5 gotas de fenolftaleína (indicador).
  • Ao adicionar a fenolftaleína observa-se que não houver mudança na coloração da solução o que indica que o meio esta ácido.
  • Adicionar gota a gota, a solução de NaOH 1M até cor rósea permanente.
  • Neutralizar com solução de HCl 0,05M.
  • Adicionar 30mL de NaF 5M.
  • Titular com solução de HCl 0,05M, medir o volume gasto.

REAÇÕES

As reações podem ser representadas pelas equações:

 

CÁLCULOS

A determinação de Al em % é calculada conforme a expressão:

 

 

Onde:

M1 = molaridade da solução de HCl.

V1 = volume da solução de HCl.

V2 = volume do balão volumétrico.

V3 = volume da alíquota da solução-amostra.

m = massa da amostra.

LIMITE DE DETECÇÃO

 

O limite de detecção (LOD) do método utiliza-se a equação:

LOD = x + k s.

Onde

x =  média do branco.

k = 3.

s = desvio padrão das medidas do branco.

Foram realizadas 10 medidas do branco, e o LOD encontrado para a determinação de Al2O3 foi igual a 0,18%.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

 

A tabela 1 apresenta os resultados obtidos. Para o padrão certificado de argila IPT- 42 foi encontrado o teor médio de Al2O3 (32,2%) e desvio padrão (SD = 0,1%) igual ao valor certificado para o mesmo número de determinações (n=7). O método quando aplicado a duas amostras de argila apresentou também boa precisão (SD < 0,08 %).

 

 

 

CONCLUSÕES

 

A determinação de alumínio pelo método proposto apresentou boa precisão (SD < 0,1%), exatidão e sensibilidade (LOD para Al2O3 = 0,18%). Além disso, o método é simples, rápido e com baixo custo. A determinação de alumínio pelo método proposto, pode ser aplicado para qualquer material sem prejudicar, na precisão e exatidão, se a metodologia aplicada para a digestão da amostra for condigente com o tipo de mineral que compõe a rocha.

Evandro Trindade

Administrador do Quimicando, formado em Técnico em Química e esta cursando Analise e Desenvolvimento de Sistemas, um grande admirador por analises químicas e métodos analíticos, hoje também por programação, design e desenvolvimento web.

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